煤层气富集高产规律及有利区块预测评价一直是困扰煤层气行业的理论和技术难题，它不仅是一个需要持续完善的理论难题，更是煤层气勘探开发过程中亟需攻关的重大实践课题。为此，本文选择了沁水盆地的高煤阶煤层气作为研究对象，系统收集了已开展的煤层气勘探开发成果、大量的石油天然气勘探成果及煤矿、地矿系统的钻孔及研究报告等资料，采集了研究区的煤岩、煤层气及煤层产出水及煤岩顶底板样品，基于煤岩工业分析、镜质组反射率、显微组分定量、宏微观结构观测、水常规离子、水氢氧同位素、孔隙度、渗透率、气体组分、气体碳氢同位素、等温吸附、岩石力学等测试实验及前人的研究成果，对沁水盆地成藏地质条件、成藏过程、成藏主控因素控气作用及富集高产规律等展开了多层次、多手段的系统性综合研究。同时，利用多层次模糊评价法对主控因素及其配置关系进行评估，优选了有利区块，在此基础上，利用聚类分析法对煤储层参数进行了评价，对有利区块进行了分区分类。最后，结合数值模拟、测井解释、三维地质建模等技术，对煤层气开发的重点区块开展了定量化评价，为煤层气高效开发提供了地质依据。完成主要的工作有：第一，对沁水盆地煤层气成藏条件进行了综合分析。详细描述了主力煤层的展布、含气量、煤岩煤质、孔隙度、渗透率等地质特征，在对煤层气解吸附特征分析的基础上，结合现场实际排采动态数据，划分了排采曲线类型。第二，从时间到空间，从宏观到微观，从区域到局部，结合煤层气开发地质的原理及思路，应用多种现代测试技术与理论，系统地探讨了构造、沉积及水文地质等主控因素对煤层气富集高产的控制作用，初步总结出富集高产规律，建立相应的煤层气成藏模式，并进行了实例解剖。第三，在分析主控因素配置关系的基础上，利用多层次模糊评价法对沁水盆地富集高产区进行了筛选，优选出PZ、ZZ及FZ等7个最有利区（I类区），在此基础上，结合储层特征参数，利用聚类分析法对7个I类区的储层进行评价，认为PZ、FZ、QN-XD、MB为一级储层区，ZZ为二级储层区，YQ、SY为三级储层区，有效支撑了煤层气的产能建设。